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蜂窝IoT深度对比:EC-GSM-IoT、NB-IoT与LTE-M性能全景

蜂窝IoT深度对比:EC-GSM-IoT、NB-IoT与LTE-M性能全景编者注:对无处不在IoT连接的增长需求与面向IoT的新兴蜂窝技术完美契合。开发者现需这些技术及其实际应用的详尽可靠洞察。 本文摘自蜂窝物联网一书,介绍塑造IoT版图的关键概念与技术。 前序系列中,作者探讨了演进的蜂窝生态系统、其在IoT中的角色、驱动大规模机器类通信(mMTC)和超可靠低时延通信(URLLC)的技术。

Elsevier提供此书及其他工程书目7折。结账用码ENGIN318 此处。

改编自Olof Liberg、Marten Sundberg、Eric Wang、Johan Bergman、Joachim Sachs著蜂窝物联网。

第9章 竞争性IoT技术格局(续)

9.3 CIoT技术选择

9.3.1 CIoT技术对比

第3-8章深度分析EC-GSM-IoT、NB-IoT、LTE-M。此处综合关键性能指标与特性。NB-IoT聚焦带内和独立部署;保护带模式性能相似,第8章涵盖。

9.3.1.1 覆盖与数据率

所有CIoT技术上下行数据率汇总于图9.7和9.8,跨变化耦合损耗。每技术提供高达164dB耦合损耗(MCL)扩展覆盖,较遗留GSM、UMTS、LTE网络大幅改进。EC-GSM-IoT以33dBm发射功率达164dB——比NB-IoT和LTE-M达同覆盖所需功率高10dB。

极限覆盖164dB下,NB-IoT控制信道块错误率低于EC-GSM-IoT和LTE-M,鲁棒性更强。LTE-M和EC-GSM-IoT可采用跳频获频率分集和覆盖韧性。

蜂窝IoT深度对比:EC-GSM-IoT、NB-IoT与LTE-M性能全景
图9.7:覆盖与物理层数据率——上行。
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图9.8:覆盖与物理层数据率——下行。

图9.7和9.8表格展示瞬时峰值物理层数据率(仅信道)和含调度控制开销的有效速率。假设所有技术半双工;LTE-M设备也可配置全双工,逼近瞬时峰值速率。速率展示理想链路、144dB(小区边缘)、154/164dB(10/20dB扩展覆盖)。

正常覆盖内LTE-M上下行数据率持续优于NB-IoT和EC-GSM-IoT。扩展覆盖中上行速率受发射功率限制,三技术均依赖重传满足链路质量。164dB处可达速率趋同;EC-GSM-IoT因更高输出功率略微领先。LTE-M同一LTE载波内较带内NB-IoT也享更高数据率。

三技术均满足3GPP要求:164dB MCL下160bps。

9.3.1.2 时延

时延用异常报告评估——高重要性、低频消息(85字节)。三技术均满足3GPP时延目标10秒(Release 13)。正常覆盖内LTE-M因更高数据率提供略低时延。扩展覆盖中EC-GSM-IoT因更高发射功率产生更高数据率达最低时延。独立NB-IoT因更强下行信道比带内NB-IoT时延更低。

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图9.9:异常报告时延。

9.3.1.3 电池寿命

电池寿命用两节AA电池(总5Wh)和功放效率45-50%评估所有技术。所有CIoT设备采用激进睡眠周期,仅数据传输时唤醒否则留深度睡眠。高效流程减少信令开销,对小消息传输关键。

图9.10展示每日200字节报告的寿命。表9.5汇总跨消息大小和周期性的寿命。各技术典型条件下均支持至少10年电池寿命;最坏164dB MCL下,仅每日传输能达10年。更频繁上报(如每2小时)在164dB下寿命降至1-3年。

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图9.10:每日200字节消息设备电池寿命。
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表9.5:电池寿命。

三CIoT技术均满足或有望满足3GPP 164dB MCL下10年电池寿命要求。

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